INTRODUCCIÓN
Las prácticas de manejo pueden alterar la estructura del suelo, modificando las propiedades físicas, la disponibilidad de nutrientes y la actividad biológica, que en síntesis se refleja en la productividad de los cultivos y la sustentabilidad de los sistemas (Tormenta et al., 1998). En este sentido, la disponibilidad de agua, la difusión de oxígeno, la temperatura y la resistencia mecánica influyen en la emergencia de las plantas, el crecimiento radicular y la producción de los cultivos (Letey, 1985). Por ello, la cuantificación y comprensión del impacto de las prácticas de manejo en las propiedades físicas del suelo, son fundamentales en el desarrollo de los sistemas agrícolas (Dexter & Young, 1992), sin embargo, es difícil cuantificar estos parámetros debido a la variabilidad espacial y temporal de la estructura del suelo (Dexter et al., 1988).
El agua en el suelo es uno de los elementos claves para el crecimiento de las plantas, donde es tan importante la cantidad presente como el potencial al cual está retenida y el acceso para las raíces. El potencial agua está referido a la energía necesaria por la raíz para extraer el agua del suelo, por tanto, para un mismo contenido de agua no siempre representa la misma disponibilidad (Letey, 1985). Conociendo la curva de retención de agua se puede inferir el potencial, y a partir de allí su disponibilidad para los cultivos.
La densidad aparente (DA) y la resistencia a la penetración (RP) en el suelo influyen sobre el rendimiento de los cultivos, presentando ecuaciones cuadráticas, con un R2 de 0,62 y 0,59 respectivamente (Beutler et al., 2008). La DA del suelo está relacionada con la difusión de oxígeno y la dinámica del agua, dado su asociación con el espacio poroso. Contenidos de agua superiores a la capacidad de campo ocupan el espacio poroso del suelo con disminución de la concentración de oxígeno necesaria para el metabolismo de las raíces. En general se acepta un 10% de la porosidad total del suelo como el límite del espacio poroso aéreo, considerando la porosidad total del suelo al contenido hídrico a saturación (Pilatti et al., 2012; Da Silva et al., 1994; Grable & Siemer, 1968). Además, la DA también está relacionada con la resistencia mecánica y afecta el crecimiento de las raíces, donde es posible encontrar un valor de RP a partir del cual comienza a disminuir el crecimiento de raíces. La bibliografía muestra una gran dispersión de valores de RP como límite de crecimiento de las raíces. Gerard et al., (1982), citado por Pilatti et al., (2012), hallaron una relación entre la presión efectuada por las raíces y la medida por los penetrómetros dependiendo del contenido de arcilla; Taylor et al., (1966) propusieron el valor de 2 MPa donde las plántulas no emergen en condiciones satisfactorias; Taylor & Gardner (1963) informaron reducciones en la velocidad de crecimiento a partir de 1,3 MPa y la reducción total del crecimiento a partir de 2,9 MPa. Estos antecedentes ponen en evidencia las dificultades en encontrar el valor límite para el crecimiento de raíces en el suelo.
Varios estudios demuestran una relación estrecha entre las condiciones físicas y el crecimiento de las plantas (Tormena et al., 2017). La interpretación del estado del suelo por medio de una integración entre propiedades físicas edáficas requiere un número mínimo de estas para obtener resultados confiables (Dexter et al.,1988; Letey, 1985). Letey (1985) propuso integrar el contenido de agua disponible para la planta, la aireación y la RP en un solo parámetro que denominó “non-limiting water range” (NLWR). Más tarde, Da Silva et al., (1994) lo definieron como “least limiting water range” (LLWR), dado que el crecimiento varía en forma continua con el potencial mátrico, la disminución de la aireación y el aumento de la RP, y no en forma escalonada como la denominación propuesta por Letey (1985). Este parámetro fue denominado por Pilatti et al. (2012) como Intervalo Hídrico Optimo (IHO).
La degradación de la estructura del suelo, considerando los diferentes parámetros físicos que la determinan, influye en el crecimiento de los cultivos, la eficiencia del uso del agua, la erosión del suelo y el escurrimiento (Perfect et al., 1990; Pagliai et al., 2004). En este sentido los diferentes sistemas de labranza modifican las propiedades físicas del suelo (Letey, 1985). Cuando se implementa la labranza convencional aumenta la exposición del suelo al aire, el sol y el viento, en cambio prácticas de laboreo mínimo como la siembra directa modifican el impacto de los ciclos mojado-secado, debido a la protección de residuos en superficie (Denef et al., 2001; Galantini et al., 2016). El IHO al integrar tres propiedades físicas relacionadas con el crecimiento de las plantas en un solo parámetro, es una valiosa herramienta para evaluar la calidad física de los suelos en diferentes sistemas de labranza. Varios investigadores han estudiado el IHO para evaluar calidad física de suelos, pero pocos lo han utilizado para evaluar sistemas de labranza (Guedes et al., 2013; Olivera et al., 2019; Li et al., 2020). El IHO fue utilizado con resultados satisfactorios para detectar diferencias entre manejos en suelos de la región pampeana húmeda (Imhoff et al., 2006; Damiano & Moschini, 2011; Pilatti et al., 2012), sin embargo, no se encontró información disponible en los suelos del SO de la Provincia de Buenos Aires (SOB).
Ante lo expuesto anteriormente se plantea como hipótesis que la capacidad de retener agua del suelo no se ve modificada por el sistema de labranza, sin embargo, la siembra directa mejora su disponibilidad y puede ser medida a través del intervalo hídrico óptimo.
Objetivo: Determinar el intervalo hídrico óptimo en un Argiudol típico durante 23 años en siembra directa y labranza convencional , en el SOB.
MATERIALES Y MÉTODOS
La experiencia se realizó durante el año 2009, sobre dos parcelas de 8 ha aproximadamente cada una en el establecimiento “Hogar Funke”, (38° 07’ 06” S- 62° 02`17” O) ubicado en el partido de Tornquist, SOB. Desde el año 1986, sobre estas parcelas, se implementaron dos sistemas de labranza: siembra directa (SD) y labranza convencional (LC).
El suelo utilizado fue un Argiudol típico de textura franco limosa en el horizonte A (0-20 cm) y franco arcillosa en el B2 (20-37 cm). El terreno fue sistematizado con curvas de nivel sin gradiente en el año 1975. La pérdida de suelo en los años previos fue estimada de escasa consideración (Galantini et al., 2006). Del año 2003 al 2009 la secuencia de cultivos fue Girasol oleico- Cebada cervecera-Girasol oleico- Trigo- Maíz para pastoreo- Trigo. Los años anteriores (1986-2002) fueron informados por Galantini et al. (2006). Mayores datos sobre el sitio experimental fueron reportados por Iglesias et al. (2017).
Para la realización del ensayo se seleccionó una parcela en SD y otra en LC. Las parcelas estaban divididas por una curva de nivel, a cada lado y paralelas a la misma se marcaron tres bloques de 15 m de frente por 20 m de fondo. Cuando el trigo sembrado se encontraba en estadio de macollaje (6-8 hojas según Zadoks et al., 1974), en cada una de las unidades experimentales, se realizaron tres calicatas. Se tomaron, por calicata 6 muestras no disturbadas con cilindros de acero de volumen conocido (98,2 cm3), y una muestra disturbada. en las profundidades 0-5; 5-10; 10-15; 15-20 cm. Las muestras no disturbadas fueron tapadas hasta ser procesadas. Una vez preparadas adecuadamente se saturaron con aumento gradual de agua en un humectador de vidrio durante 24 hs. Las muestras disturbadas se secaron al aire y se tamizaron con tamiz de 2 mm.
Se determinó la retención de humedad de cada una de las muestras no disturbadas a diferentes tensiones (4, 8, 10, 33, 50, 100, 300, 500, 700) y en muestras disturbadas a 1500 kPa mediante mesa y olla de presión (Klute, 1986). Una vez que las muestras estuvieron equilibradas se pesaron, se midió la resistencia a la penetración (RP) y se secaron en estufa a 105°C. Luego se determinó la densidad aparente (DA) y se calculó el contenido de agua para las diferentes tensiones (Klute, 1986).
Para la caracterización del suelo en estudio en las muestras disturbadas se determinaron: análisis granulométrico (mediante la pipeta de Robinson), obteniendo los porcentajes de limo, arcilla y arena; el Carbono orgánico (CO) (1500°C, LECO C Analyser) y se calculó el contenido de materia orgánica (MO) asumiendo un contenido del 58% de C en la MO; el Fosforo extractable (Pe) (Bray & Kurtz, 1945).
La RP se determinó con un micropenetrómetro manual con un cono de 30° de semi-ángulo, el diámetro de la base fue 3,74 mm y la superficie de la base es de 10,99 mm2. Las medidas de RP se lograron introduciendo la barra de acero con el cono en el centro de cada cilindro. Las mediciones fueron cada 1 cm descartándose la primera ya que aumenta la resistencia a entre 0,5 y 1 cm de profundidad y luego tiende a ser constante, promediando las restantes.
El IHO se determinó como describe Da Silva et al. (1994) para cada una de las muestras con el valor de DA conocido. Los valores críticos del IHO fueron, RP 2,0 MPa (Taylor et al., 1966), porosidad de aireación del suelo (PA) 0,10 m3 m-3 (Grable & Siemer, 1968), CC (33 kPa) y PMP (1500 kPa).
El contenido volumétrico de agua (θ) se determinó a partir del potencial mátrico () y la DA, de acuerdo a la ecuación presentada por Leão et al. (2005).
Los valores de θCC y θPMP se obtuvieron a partir de la ecuación (1) utilizando 33 y 1500 kPa. a, b y c son parámetros de ajuste del modelo. Para el cálculo de θRP a 2 MPa, se utilizó la ecuación (2) propuesta por Busscher (1990)
Donde d, e y f son parámetros de ajuste del modelo.
El contenido hídrico del suelo comprendido a 10 % de porosidad de aireación, (θPA) considerado adecuado para los cultivos, se determinó por medio de la Ecuación 3.
Donde: θPA: contenido volumétrico de agua (cm3 cm-3); DA: densidad aparente (g cm-3); DP: densidad de las partículas (2,65 g cm-3).
La variación del IHO responde a los cambios de la DA dependiendo de la RP, por ello se usaron los siguientes límites de RP 1,31 MPa, valor donde se reduce la velocidad de crecimiento (Taylor & Gardner, 1963), 2 MPa, donde se reduce notablemente la elongación radical y afecta la parte aérea (Da Silva et al., 1994; Topp et al., 1994) y 3,4 MPa, donde se detiene el crecimiento (Pilatti et al., 2012).
DISEÑO EXPERIMENTAL
El diseño estadístico fue parcelas divididas con tres bloques completamente aleatorizados. Los datos en todas las tablas se presentan como medias en cada uno de los dos sistemas de labranza LC y SD. Las diferencias en los resultados obtenidos afectados por los sistemas de labranza, así como la interacción entre ellos, se evaluaron mediante análisis de la varianza (ANOVA) y la comparación de medias de tratamientos fue analizada por el test de Fisher utilizando un nivel de significancia del α ≤ 5%. El análisis estadístico se realizó con el software INFOSTAT (Di Rienzo et al., 2013).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Para la caracterización del suelo en estudio, se presentan los valores de algunas propiedades del suelo de los dos sistemas de labranza en estudio en la profundidad 0-20 cm (Tabla 1).
Se analizó el estrato 0-20 cm como promedio de las cuatro profundidades muestreadas dado que no se encontró interacción significativa entre los estratos.
Los sistemas de labranza afectaron significativamente la DA y la RP (7 y 30,3%, respectivamente), las que fueron superiores en SD, resultados similares fueron informados por Li et al. (2020), para DA a inicios del ciclo del cultivo y para RP durante todo el ciclo. Los valores de humedad (θ) fueron similares en ambos sistemas estudiados (Tabla 2) coincidiendo con lo reportado por Guedes Fihlo et al. (2013)
La ausencia de laboreo en SD explicaría los mayores valores de DA en este sistema de labranza (Guedes Fiho et al., 2013; Pikul et al., 2009; Tormena et al., 2017).
Mayores valores de RP en SD se observaron al aumentar la DA, coincidiendo con los resultados obtenidos por Tormena et al. (2007).
En las ecuaciones (4) y (5) se presentan los coeficientes de ajuste de las ecuaciones (1) y (2) utilizados para la determinación de
la humedad volumétrica (θ) y la resistencia a la penetración (RP) en ambos sistemas de labranza
Las ecuaciones ajustadas explicaron gran parte de la variabilidad de θ tanto en LC (73%) como en SD (78%).
La curva de RP en la ecuación (5) se correlacionó negativamente con la humedad y positivamente con la DA coincidiendo con Tormena et al. (1999) y Guedes Fihlo et al. (2013). Las ecuaciones ajustadas explicaron el 75% para LC y el 59% para SD de la variabilidad de la RP.
Los modelos matemáticos usados para estimar RP en los sistemas de labranza estudiados fueron:
En las Figuras 1a y b se presentan los contenidos de humedad (θ) para la porosidad de aireación (θPA), la capacidad de campo (θCC), el punto de marchitez permanente (θPMP) y la resistencia a la penetración (θRP) en los dos sistemas estudiados para cada DA determinada. Los limites θCC aumenta muy poco al aumentar la DA en cambio θPMP no presentó variación. El contenido de agua fue afectado por θRP, que en ambos sistemas reemplazó al θPMP como límite inferior en línea con los resultados de Lima et al. (2020). La θPA no afectó el IHO en ninguno de los dos sistemas de labranza, dado que no alcanzó al límite superior presentado por θCC, aunque disminuyó cuando la DA aumentó, demostrando que en las DA medidas, el oxígeno no sería una limitación para el crecimiento y desarrollo de las raíces de los cultivos.
El valor de DA donde la θRP reemplazó a θPMP como límite inferior del IHO fué 1,26 g cm-3 en LC, determinando que el 20% de las muestras se encontraban sobre ese valor. En cambio, en el sistema SD la DA mostró un valor de 1,29 g cm-3 , como límite inferior del IHO, presentando el 42 % de las muestras sobre ese valor. Esto indica que el IHO es más afectado por la DA en SD que en LC coincidiendo con las observaciones de Tormena et al. (1999) (Figura 1a y b). Por otro lado, a igual DA en ambos sistemas de labranza, la humedad volumétrica en que la resistencia mecánica comienza a actuar como limitante es más elevada en LC que en SD, por ello, en LC cuando el suelo se seca la resistencia a la penetración afectará el crecimiento de las raíces antes que en SD. Estos resultados no concuerdan con Cornish (1993) y Tormena et al. (1999). El laboreo en labranza convencional afecta la unión entre las partículas y agregados del suelo (Arthur et al., 2013), mientras que el suelo en siembra directa, a largo plazo, acumula mayor contenido de materia orgánica, mejorando la agregación. En este suelo los valores de materia orgánica en 0-20 cm fueron 3,36 y 3,12 para SD y LC, respectivamente. Estas diferencias de materia orgánica estuvieron asociadas a cambios en la estabilidad de los agregados, presentando LC mayor inestabilidad y un incremento significativo de la fracción de agregados menores a 1 mm, que representa material con escasa agregación, la que duplicó el valor observado en SD (Iglesias et al., 2017). Según Bradfod (1986), si el diámetro del cono es más grande que las unidades estructurales, la resistencia medida por el penetrómetro es principalmente una función de la resistencia intra agregados. Esta condición de la estructura del suelo en LC dificultaría la penetración del cono del micropenetrómetro cuando aumentó la densidad aparente del suelo.
Según Da Silva et al. (1994), la DA donde el IHO=0 se denomina densidad crítica (DAc) y esto ocurre en la intersección entre los límites superior e inferior del IHO. La presencia de muestras con valores de DA próximos o superiores a DAc indican degradación del suelo (Imhoff et al., 2001). En en los sistemas de producción estudiados no se alcanzó la DAc (Figura 1a y b). La proyección de los límites críticos, muestran que se alcanzaría la DAc a um valor mayor
en SD que en LC (1,49 y 1,40 g cm-3, respectivamente) lo que demuestra la mejor condición física del suelo en SD coincidiendo con Imhoff et al. (2016). Estos resultados muestran que los cultivos podrían crecer en condiciones óptimas, extrayendo agua del suelo, a valores de DA más altas en SD que en LC. En estas condiciones, de mayor DA, el intervalo de tiempo entre precipitaciones debería ser menor en LC que en SD para que la raíz del cultivo mantenga la habilidad de crecer y extraer agua en el suelo (Taylor et al., 1966). El sistema de producción LC (Figura 2) fue quien que presentó un IHO mayor hasta la densidad 1,28 g cm-3, pero a partir de este valor, el IHO disminuyó más rápidamente que en SD. Por lo tanto, SD mostró valores de IHO mayores a densidades superiores, resultados similares fueron informados por Oliveira et al. (2020). Imhoff et al. (2016) reportaron que suelos con menor contenido de MO parecen mostrar una tasa de disminución del IHO ligeramente mayor que los suelos con mayor MO. Esto sugiere que el sistema SD en el largo plazo mejoraría la estructura del suelo, probablemente debido al incremento en el contenido de MO, coincidiendo con Guedes Filho et al. (2013).
El mayor contenido de materia orgánica en SD elevó el θPMP, afectando la amplitud del IHO hasta que θRP comenzó a ser el límite inferior, Li et al., (2020) encontraron resultados similares. El IHO osciló entre 0,024 y 0,095 cm3 cm-3 en SD y 0,007 y 0,110 cm3 cm-3 en LC; con valores medios de 0,086 y 0,104 cm3 cm-3 en SD y LC respectivamente. Por lo tanto, los valores del IHO estarían relacionados con la DA y . la tasa de disminución del IHO estaría influenciada por el contenido de MO coincidiendo con Safadous et al. (2014) e Imhoff et al. (2016).
La DAc no fue alcanzada en ningún sistema, indicando que no hubo restricción total del crecimiento de las raíces del cultivo (Figura 1a y b).
En un rango amplio de DA el IHO puede presentar diferente sensibilidad dependiendo del sistema de producción implementado. En el presente estudio se observó que la θRP fue el límite más influenciado por la DA a medida que el suelo se compacta. Para evaluar la sensibilidad del IHO (considerándola como el punto en que θRP comienza a limitar el IHO) se cambió uno de los límites manteniendo los demás constantes. Los valores de los límites para θRP del suelo fueron los ya utilizados en otros trabajos, 1,3 MPa (Taylor & Gardner, 1963), 2,0 MPa (Taylor et al., 1966) y 3,6 MPa (Pilatti et al., 2012). La sensibilidad del IHO al cambio del valor de θRP aumentó con la disminución del valor de resistencia considerado crítico en ambos sistemas, pero con diferencias entre ellos (Figura 3a y b). En ambos sistemas de labranza el IHO no mostró sensibilidad con los límites de θRP utilizados hasta una DA aproximada de 1,15 g cm-3. A partir de dicho valor y para los tres valores críticos utilizados, la resistencia a la penetración comenzó a restringir el IHO antes en LC que en SD. Sin embargo, en todos los casos, la pendiente del IHO siempre fue menor en SD, indicando que en este sistema la amplitud del IHO se
reduce más suavemente con el aumento de DA en comparación a LC. Esto determina que en SD los valores de DAc serían mayores cuando se los compara con LC, dado que a 1,31 MPa de RP el IHO intercepta el eje de las abscisas a valores de DA mayores en SD que en LC. Analizando 2 MPa y 3,4 MPa la proyección de los datos del IHO seguirían la misma tendencia. Valores críticos de RP para el crecimiento de los cultivos entre 4,6 y 5,1 MPa para suelos sin labranza y 3,6 MPa para suelos laboreados fueron reportados por Ehlers et al., (1983). El uso de valores en este rango, en lugar de 2 MPa, aumentaría el IHO en estos suelos en DA mayores a 1,26 g cm-3 en LC y 1,29 g cm-3 en SD. Sin embargo, no se producirían diferencias a menores densidades aparentes.
CONCLUSIONES
Para las condiciones de este ensayo, θRP fue el límite inferior del IHO , indicando que el IHO fue más afectado por la densidad aparente en labranza convencional que en siembra directa (menor número de muestras en LC por encima de este valor límite que las que se encontraron en SD).
La θPA no afecto el límite superior del IHO.
El IHO fue mayor en LC sólo hasta el valor de DA 1,28 g cm-3. A partir de este valor, el IHO se redujo más rápidamente en este sistema, denotando la mejor condición estructural del suelo en el sistema SD.
La utilización de tres valores críticos de resistencia a la penetración mostró que esta propiedad comenzó a restringir el IHO a valores más bajos de de DA en LC que en SD. Sin embargo, en todos los casos, la pendiente del IHO siempre fue menor en SD, indicando que a esa densidad aparente el contenido de agua sería mayor y la DAc ocurriría a valores de densidad aparente mayores. Esta información muestra que en SD el rango de DA en que las plantas puedan crecer sin limitaciones es mayor.
Los resultados de este estudio sugieren al IHO como indicador para evaluar la disponibilidad hídrica en suelos del SOB con diferente manejo.